Проектирование и организация цехов специальных видов литья

УДК 621.74-025.13:378.147.091.313(075.8) ББК 34.61я7

Д58

Р е ц е н з е н т ы :

В. К. Винокуров, Н.Ф. Невар

Довнар, Г. В.

Д58 Проектирование и организация цехов специальных видов литья : учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов специализации 1-42 01 01-01 «Литейное производство черных и цветных металлов» / Г. В. Довнар. – Минск :

БНТУ, 2014. – 207 с.

ISBN 978-985-525-933-7.

Учебно-методическое пособие включает анализ технологических процессов, алгоритмы выбора и методику расчета оборудования цехов литья под давлением, в кокиль, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы и центробежного литья. Приводится характеристика основного оборудования, в том числе автоматизированных комплексов и средств автоматизации технологических операций. Рассматриваются вопросы организации производства. Показаны типовые технологические планировки цехов специальных методов литья.

2

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХОВ ЛИТЬЯ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.1.Проектирование технологического процесса литья под высоким давлением и расчет оборудования

заливочных отделений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1.1. Контроль технологических режимов. . . . . . . . . . . . . . 18 1.1.2. Автоматизация управления технологическим

процессом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.1.3. Проектирование автоматизированных

технологических процессов и систем. . . . . . . . . . . . . . 21 1.1.4. Автоматизированные комплексы и средства

автоматизации технологических операций. . . . . . . . . 41 1.2. Организация производства в цехах литья

под давлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 1.2.1. Организация и расчет плавильных отделений

при литье под давлением и в кокиль. . . . . . . . . . . . . . . 68

1.2.2.Организация и оснащенность рабочих мест в заливочных отделениях цехов литья

под давлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1.2.3. Проектирование и организация отделений

финишной обработки отливок при литье под давлением и в кокиль. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

1.2.4. Организация транспортирования отливок в цехах литья под давлением и в кокиль. . . . . . . . . . . . 89

1.2.5. Организация ремонта в цехах литья под давлением и в кокиль. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

1.2.6. Организация технического контроля. . . . . . . . . . . . . . 95 1.2.7. Техника безопасности и охрана труда. . . . . . . . . . . . . 100 1.3. Примеры планировок участков и цехов литья

под высоким давлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХОВ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ. . . . . . . . 118 2.1. Структура, технологический процесс и кокили. . . . . . . 118 2.2. Механизация и автоматизация кокильного литья. . . . . 120 2.2.1. Поточные линии для литья в кокиль. . . . . . . . . . . . . . . 122

3

ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

4

ВВЕДЕНИЕ

К специальным способам литья, широко применяющимся в промышленности, относятся литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы, литье под давлением, литье в кокили, центробежное и др.

Отливки, получаемые специальными способами литья, по конфигурации и размерам приближаются к готовым деталям, и объем их обработки резанием невелик по сравнению с заготовками, изготовленными другими способами.

Применение специальных способов литья в ряде случаев повышает трудоемкость и себестоимость отливок в литейных цехах, однако благодаря экономии металла и сокращению объема обработки резанием в конечном итоге стоимость изготовления детали снижается.

Особенности, присущие изготовлению отливок специальными способами, предопределили целесообразность организации цехов, специализированных по способу литья.

Практика показывает, что литьем по выплавляемым моделям могут быть получены отливки из любых литейных сплавов массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками толщиной от 1 мм и более. Наиболее часто этот способ применяют для изготовления стальных мелких (до 1,5 кг) и сложных по геометрии деталей с большим объемом обработки резанием. Литье по выплавляемым моделям является по существу единственным промышленным способом получения точных отливок из труднообрабатываемых жаростойких сплавов. Этот способ литья очень эффективен и в тех случаях, когда удается получить целые узлы машин, ранее получаемые сваркой или сборкой нескольких деталей. Стержни для отливок, получаемых по выплавляемым моделям, как правило, не применяют.

При правильном подборе номенклатуры отливок для литья по выплавляемым моделям удается в среднем 1 т литья заменить 2 т металлопроката и сэкономить при этом до 1000 станко-часов на обработке резанием.

Литье в оболочковые формы с использованием оболочковых стержней применяют в основном для массового и крупносерийного производства отливок из чугуна и меньше – из стали и других сплавов. Этим способом отливают детали тракторов, автомобилей, текстильных машин, арматуры и т. д. Уменьшение припусков на обработку при пе-

5

реходе с литья в песчаные формы на литье в оболочковые формы существенно сокращает трудоемкость обработки резанием, а масса отливок благодаря их большой точности уменьшается до 10 %. Использование оболочковых форм эффективно при производстве чугунных отливок с тонкими ребрами (например, ребристых цилиндров автомобильных и мотоциклетных двигателей с воздушным охлаждением) и других отливок, требующих применения сухой формы.

Оболочковые формы целесообразно использовать для производства отливок массой 0,1–60 кг. Более крупные отливки из-за коробления оболочек имеют меньшую точность размеров.

Литье под давлением используют главным образом в массовом и крупносерийном производстве для получения тонкостенных сложных отливок из цветных сплавов. При правильном выборе номенклатуры применение литья под давлением улучшает технико-экономические показатели производства отливок по сравнению с литьем в песчаные формы и в кокиль. Этим способом получают отливки массой от нескольких граммов до десятков килограммов, например блок двигателя автомобиля. Применение литья под давлением ограничивается высокой стоимостью пресс-форм, наличием в отливках воздушной пористости, атакже невозможностью использования песчаныхстержней.

Литье в кокиль применяют в серийном и массовом производстве с использованием песчаных и металлических стержней. Серия выпуска при литье чугуна должна составлять более 20 крупных или 400 мелких отливок в год, при литье алюминия – 400–7000 отливок в год. В случае увеличения серии алюминиевые отливки массой до 25 кг целесообразно изготовлять литьем под давлением, если внутреннюю полость отливок можно образовыватьметаллическими стержнями и нет особых требований по их герметичности. Литье в кокиль используют для получения толстостенных алюминиевых отливок, чугунных отливок, отливок из высокопрочного чугуна со стенками толщиной от 8 до 10 мм, отливок из медных сплавов со стенками толщиной более 3,5 мм, стальных отливок простой конфигурации со стенками толщиной более 6 мм. Отливки, получаемые в кокилях по отработанной технологии, не имеют внутренних дефектов. Применение литья в кокиль ограничивается из-за неподатливости металлической формы и, как следствие, затрудненной усадки отливок.

Иногда, главным образом для получения алюминиевых отливок, применяют метод литья под низким давлением (давление на металл

6

при заполнении формы до 100 кПа), являющийся разновидностью литья в кокиль. При литье под низким давлением возможна автоматизация дозирования и подачи металла в кокиль. Этим способом удается получать сложные тонкостенные отливки с повышенной плотностью, за счет сокращения расхода на литниковую систему экономится металл.

Центробежный способ литья применяют в серийном и массовом производстве для получения отливок, в основном имеющих форму тел вращения (трубы, гильзы, втулки, кольца подшипников и т. п.), из любых сплавов с большим диапазоном по массе. При этом увеличивается выход годного литья, так как металл не расходуется на литники и прибыли. Полые отливки изготавливают без стержней, что упрощает и удешевляет процесс их производства. Применяют в основном три разновидности технологического процесса центробежного литья: в металлическую изложницу без покрытия, в изложницу, футерованную песчаной смесью (сырой или сухой), и в изложницу, покрытую тонким слоем изоляции.

В таблице приведены некоторые усредненные параметры отливок, получаемых специальными способами литья [1].

Параметры отливок, получаемых специальными способами литья

При рассмотрении особенностей проектирования цехов специальных способов литья необходимо учесть, что их можно разделить на две группы – способы литья в постоянные формы и способы литья в разовые формы. К последним относятся цехи литья по выплавляемым моделям и в оболочковые формы, особенности проектирова-

8

ния которых отличаются от особенностей проектирования цехов литья в постоянные формы и будут рассмотрены ниже.

Цехи литья в постоянные формы (кокили, литье под давлением, центробежное и т. д.) отличаются меньшим количеством технологических процессов производственных отделений, типов и количества оборудования. В этих целях упрощены грузопотоки, многие процессы относительно несложно автоматизировать. Как правило, цехи литья в постоянные формы не требуют плавильных агрегатов большой емкости, производительности и мощности.

В этих цехах отсутствуют процессы формообразования и связанное с ними оборудование, в том числе смесеприготовительное, формовочное, охладительные галереи, выбивные решетки и др. Эти цехи не требуют складов формовочных материалов и участков подготовки отработанной смеси.

Технологические процессы заливки, кристаллизации и затвердевания сплава и удаления отливки из формы проходят на одном и том же месте в сравнительно короткий период времени. Литье в металлические формы позволяет автоматизировать заливку, в том числе с применением роботов.

Современные литейные цехи в ряде случаев сочетают в себе производство отливок различными специальными способами, например, литье под давлением, литье под низким давлением, кокильное литье. Цехи специальных способов литья могут выпускать отливки из различных сплавов одновременно.

Цехи литья в постоянные формы имеют, как правило, более простые грузопотоки, чем цехи литья в песчано-глинистые формы.

В отличие от цехов литья в песчано-глинистые формы цехи литья в постоянные формы в большинстве случаев строят одноэтажными [2].

9